基于ug的eq491曲轴铸模设计.doc

全套设计（图纸）加扣扣 194535455摘要本论文对EQ491曲轴进行了结构功能及成型工艺分析，介绍了铸造模具的基本知识和铸造工艺，依据铸造工艺完成铸造模的结构方案规划，并在UG上完成铸造模的结构设计。关键词：铸造模具；EQ491曲轴；铸造工艺；铸模结构设计；UGAbstractThis thesis on EQ491 crankshaft were structure and function and forming process analysis, die casting and the basic knowledge of casting process is introduced in this paper, according to the casting process to complete casting mould structure design and in the UG completed structure design of die casting.Key words: casting mold ；EQ491；crankshaft；Casting technology； The mold structure design；UG目录第一章 绪论11.1 课题的来源、目的及意义11.1.1课题的来源11.1.2课题研究的目的11.1.3课题研究的意义11.2国内外概况、预测21.2.1国内外概况31.2.2模具的发展趋势4第二章 曲轴结构性能分析与铸造工艺分析72.1曲轴结构功能分析72.1.1曲轴结构分析72.1.2曲轴性能分析72.2铸造工艺分析82.2.1铸造的基本知识82.2.2浇注位置和分型面的确定92.2.3沙箱中铸件数目的确定102.2.4铸造收缩率102.2.5机械加工余量112.2.6拔模斜度142.2.7浇注系统152.2.8冒口和冷铁182.2.9出气孔19第三章 铸模的结构方案规划213.1模样材料的选择及结构设计213.1.1模样材料的选择223.1.2模样的结构设计223.2模板的设计233.2.1模板形式的选择233.2.2模底板材料的选择及结构设计243.2.3模样在模底板上的装配243.2.4浇冒口模样在模底板上的装配253.3 砂箱的设计27第四章 曲轴三维模型的实现及二维工程图的导出304.1曲轴三维模型的实现304.2二维工程图的导出314.2.1导二维工程图的意义314.2.2曲轴二维图的导出31第五章 总结34致谢35参考文献36第一章 绪论1.1 课题的来源、目的及意义1.1.1课题的来源本课题来源于48厂的工程实例，源于工厂的生产一线而非老师自己凭空想象出来的。故该课题与工厂的生产实际联系十分紧密，具有很强的代表性，非常值得我们去好好完成它。1.1.2课题研究的目的大学在校期间多以理论知识学习为主，很少有机会去车间亲身体验学习。故当我们当毕业时会很迷茫，不知道自己以后该怎样去融入到工作中。本课题来源于48厂的工程实例，通过对本课题的研究可以让我们在校学生对工厂的工作有一个大概的了解。另外由于要完成该课题需要很多学科的知识，可以让我们在学习方面得到很多帮助。 1、对以前学的知识进行巩固； 2、提高对图纸的理解能力，这对我们以后的工作有很大帮助； 3、加强二维、三维绘图能力，这是我们工作中必不可少的工具； 4、对曲轴的生产和铸造模有了更多的认识和理解。1.1.3课题研究的意义模具是工业生产中借助设备（工具）及能源把各种金属或废金属材料压制或浇注成所需形状、尺寸的零件（或零件毛坯）或产品的专用工艺装备，或说模具是材料压力加工或熔化浇注的一种与材料直接接触成型的工艺装备。随着科技的不断进步，机械制造业的迅速发展，少切削无切削加工工艺范围的不断扩大以及文物复制、金银首饰、艺术雕塑、服装模特、各类展示品的发展，采用模具来加工零件（或产品）或复制古玩、文物等艺术品的比例和数量日益增加，各行各业都离不开模具，并有日益增多的趋势，显然模具工业在国民经济和社会发展中起着极其重要的作用，占有重要的地位，故发达国家有所谓“模具工业是进入富裕社会的原始动力”之说，当今，在某种意义上确实可以认为：“模具就是产品质量，模具就是经济效应。”其重要作用主要表现在以下方面【2】：1） 模具是实现锻压、挤压、冲压成型零件或产品与浇注成型零件毛坯或产品的基本工艺装备。2） 模具是保证零件或产品形状、尺寸和精度的基本工具。3） 模具是保证零件或产品内外质量的公钥工具。4） 模具是高效率、高质量、低成本的加工零件或产品的工具。5） 合理的模具结构、形状和尺寸，在某种程度上可以控制零件或产品的内部组织状态和其力学性能、物理性能（如先进的铝合金挤压模等模具）。6） 先进合理的模具结构设计，不但对改善劳动条件，保证人身和设备安全而且对提高生产效率都有十分重要的作用。7） 先进的、新型的模具，不仅为发展新产品、新工艺提供了良好的条件，也为传统的机械加工、电加工或锻造、铸造、钣焊等手段难以加工活根本无法加工的外形内构非常复杂、尺寸和形位精度及表面光滑程度要求都很高的异性零件找到了一条先进有效的加工途径。8） 合理的先进的模具设计结构和精确先进的模具制造工艺科大大提高模具寿命，进而大大降低产品成本并节省能耗和设备耗用。9） 采用模具加工零件或产品，对推动零件或产品的标准化、通用化，减少非标准、非通用零件或产品的生产、流通所造成的浪费和危害有着重要的意义。10） 一些简易模具和特种模具多加速新产品研制、老产品改型、快速生产出零件或产品，抢占市场更有十分重要的作用。本课题采用铸造模具，是世界各国铸造钢、铸铁、铝、铜及其合金和低熔点合金等铸件的主要模具，占世界铸件总量的90左右。研究铸造模具对世界的模具行业发展有着至关重要的作用。1.2国内外概况、预测1.2.1国内外概况模具工业在我国已经成为国民经济发展的重要基础工业之一。国民经济的支柱产业如机械、电子、汽车、石油化工和建筑业等都要求模具工业的发展与之相适应，都需要大量模具，特别是汽车、电机、电器、家电和通信等产品中6080的零部件都要依靠模具成形。我国石化工业一年生产500多万吨聚乙烯、聚丙烯和其他合成树脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，用于生产和生活的消费。生产建筑业用的地砖、墙砖和卫生洁具，需要大量陶瓷模具，生产塑料管件和塑钢门窗，也需要大量的塑料模具成形。在我国，铸钢、铸铁、铸铝及其合金和低熔点金属等铸件大多都依靠铸造模具成形【2】。经过多年努力，我国的模具工业已初具规模，取得了相当的成就。到目前为止，我国已制定了模具技术国家标准50多项、近300多个标准号。许多研究机构和大专院校都已经开始进行模具技术的研究和开发。20世纪末，从事模具技术研究的机构和院校已达30余家，从事模具技术教育和培训的院校已超过50家，为我国的经济建设输送了大批人才，并同时取得了一大批科研成果。其中获得获得国家重点资助建设的有华中科技大学模具技术国家重点实验室、上海交通大学模具CAD国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州大学橡塑模具国家工程研究中心等，在模具CAD/CAM/CAE技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成形与快速制模技术、新型模具材料等发面都取得了显著进步，在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等发面作出了贡献。目前，国内已可制造具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组和安全保护等功能的铁芯精密自动叠片多功能模具；生产的电机定转子双回转叠片硬质合金级进模的步距精度已可达2m，寿命达到1亿次以上；电视机、空调、洗衣机等家用电器所需的塑料模具基本上可立足于国内生产。在精度方面，塑件的尺寸精度可达IT6、IT7级，型面的表面粗糙度达到Ra0.050.025m，模具使用寿命达100万次以上。我国现已拥有模具企业1.8万家。2001年我国模具工业产值约300多亿人民币，折合30多亿美金，并出口1.88亿美金。在国外，发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染少、原辅材料已形成商品化系列化供应，如在欧洲已建立跨国服务系统。生产普遍实现机械化、自动化、智能化（计算机控制、机器人操作）。在大批量中小铸件的生产中，大多采用微机控制的高密度静压、射压或气冲造型机械化、自动化高效流水线湿型砂造型工艺,砂处理采用高效连续混砂机、人工智能型砂在线控制专家系统, 制芯工艺普遍采用树脂砂热、温芯盒法和冷芯盒法。熔模铸造普遍用硅溶胶和硅酸乙酯做粘结剂的制壳工艺。在工艺设计、模具加工中，采用CAD/CAM/RPM技术；在铸造机械的专业化、成套化制备中，开始采用CIMS技术。铸造生产全过程主动、从严执行技术标准，铸件废品率仅2%-5%；标准更新快（标龄4-5年）；普遍进行ISO9000、ISO14000等认证。重视开发使用互联网技术，纷纷建立自己的主页、站点。铸造业的电子商务、远程设计与制造、虚拟铸造工厂等飞速发展。 1.2.2模具的发展趋势模具技术的发展趋势可以归纳为以下几点【2】：（1） 全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。模具CAD/CAM/CAE技术室模具技术发展的一个重要里程碑。由于产品的更新换代日趋频繁，产品精度要求越来越高，形状越来越复杂，对模具的要求也越来越高。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计、制造的发展方向。（2） 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准化的水平在某种意义上也体现了一个国家模具工业发展的水平。采用标准模架和使用标准零件，可以大大缩短模具制造周期，降低制造成本，对模具生产十分重要。目前，我国模具标准化程度正在不断提高，但模具标准件的覆盖率依然不高。为了适应模具工业发展，模具标准化工作必将加强，模具标准化程度将进一步提高，模具标准件生产也将得到发展。（3） 发展优质模具材料及采用先进表面处理技术。模具材料的选用及热处理在模具设计与制造中是一个涉及模具加工工艺、模具寿命、制件成形质量和成本的重要问题。为了提高模具的使用寿命，提高产品的制造质量，优质模具材料及先进表面处理技术将进一步受到重视，国内外模具材料的研究工作者对模具的工作条件、失效形式和提高模具使用寿命的途径进行了大量的研究，并开发出了许多使用性能好、加工性好、热处理变形小的模具材料，如预硬钢、耐腐蚀钢等。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具表面处理除完善普及常用表面处理方法如：渗碳、渗氮、渗硼、渗铬、渗钒外，应发展设备昂贵、工艺先进的气相沉积、等离子喷涂等技术。（4）模具制造技术的高效化、快速化。随着模具制造技术的发展，许多新的加工技术、加工设备不断出现，模具制造手段越来越丰富，越来越先进。对于形状复杂的曲面制件，为了缩短研制周期，可以不先直接加工出模具的凸、凹模，而是采用快速成形制造技术，先制造出与实物相同的样品，再比对样品与设计要求的差别，进行修改后，最后再开发模具。快速成形制造技术（RPM）是一种综合运用计算机辅助设计、数控技术、激光技术和材料科学的发展成果，是一种全新的制造技术。根据零件CAD模型，快速自动完成复杂的三维实体（模型）制造。采用这种方法制造模具，从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右。国外近年来发展的高速铣削加工，其主轴转速可达40000100000r/min，快速进给速度可达3040m/min，高速切削加工与传统切削加工相比具有加工效率高、温升低（加工工件只升高3）、热变形小等优点。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。高速铣削加工促进了模具加工技术的发展，特别是对汽车、家电行业中大型塑腔模具制造注入了新的活力。电火花铣削加工技术是用高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成形电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已开始使用这种技术来进行模具加工。模具研磨抛光的自动化、智能化，模具表面的精加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大影响。目前我国仍以手工研磨抛光为主，其效率低，工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工向更高层次发展。因此，研究抛光的自动化、智能化是重要的发展趋势。（5）快速测量与逆向工程技术的运用。在模具产品的开发设计与制造过程中，往往需要把实物样件通过一定的三维数据采集方法，将实物模型转化为CAD造型，这种由实物样件获取产品数学模型的相关技术，称为逆向工程或反求工程技术。对于具有复杂曲面零件的模具设计，可以快速、正确地把复杂的实物复制出来，同时也可通过实物制造模具进行复制。目前我国已有许多模具厂家拥有高速扫描机和模具扫描系统，该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的研究周期。逆向工程将在今后的模具生产中发挥越来越重要的作用。（6）模具的复杂化、精密化和大型化。为适应各种工业产品的使用要求，模具技术正朝着复杂化、精密化和大型化方向发展，大型模具具有成型表面加工向计算机控制和高精密加工方向发展，数控加工中心、数控电火花成形设备、数控连续轨迹坐标磨床的推广使用，是提高模具制造技术水平的关键之一。 面对激烈的竞争市场，我国要成为制造业强国，就必须大力发展模具生产，增强大型复杂、精密模具的资助开发能力，以提高市场竞争力。第二章 曲轴结构性能分析与铸造工艺分析2.1曲轴结构功能分析2.1.1曲轴结构分析图2.1 EQ491曲轴该曲轴采用整体式结构。它的毛坯由球墨铸铁（QT700-2）铸造而得到。整体式曲轴具有工作可靠、质量小等特点。而且刚度和强度较高，加工表面也比较少。EQ491曲轴采用全支称结构，其刚度较高，轴承摩擦损失小，提高了曲轴的抗弯强度。曲轴自带4个整体式平衡块可减轻主轴承受的离心负荷，减轻整个发动机的振动。2.1.2曲轴性能分析曲轴的工作条件及其复杂，不仅承受着缸内气体的作用力、往返运动质量惯性力及旋转质量惯性力引起的周期性变化的载荷，还要对外输出扭矩，并伴有扭矩振动。为保证发动机长期可靠工作【4】【5】，曲轴必须具有：（1） 足够高的弯曲疲劳强度。主要是弯曲疲劳强度、扭转疲劳强度和功率输出端的静强度。弯曲载荷具有决定性的作用，弯曲疲劳失效是曲轴的主要破坏形式，破坏通常从应力集中处开始，即从主轴颈及曲柄销到曲轴臂的过度圆角处，或从曲柄销的油道口边缘开始。（2） 足够高的弯曲刚度和扭转刚度。目的是减少挠曲变形、提高曲轴的自振频率。曲轴弯曲刚度不足会加剧机体的纵向振动，产生附加应力，恶化连杆轴承和主轴承以至于活塞、连杆的工作条件，影响这些零件的工作可靠性和耐久性，甚至使局部应力过大而开裂；曲轴扭转刚度不足，则会降低轴系扭振附加应力，加大传动机构的噪声和冲击载荷下的磨损。（3） 良好的耐磨性，轴颈尺寸应能够满足轴承承载能力和润滑条件的要求。（4） 良好的平衡性。目的是尽可能地减少发动机的冲击和振动。（5） 尽可能少的材料和小的尺寸。曲轴是影响发动机外形尺寸和质量的主要零件之一，因此合理设计曲轴将对发动机的整体性能产生非常大的影响。曲轴苛刻的工作环境决定了曲轴的结构形状非常复杂，其断面沿着轴线方向急剧变化，因此应力分布极不均匀。所以制造一根合格的曲轴需要好的材料和合格的铸造模具。2.2铸造工艺分析2.2.1铸造的基本知识铸件的生产过程，从零件图开始，一直到铸件成品检验合格入库为止，要经过很多道工序。涉及到合金熔炼，造型、制芯材料的配制，工艺装备（模具）的准备，铸型的制造、合箱、浇注、落砂和清理等许多方面。人们把一个铸件的生产过程称为生产工艺过程。铸造模分重力铸造模和非重力铸造模。重力铸造模是指在大气压力下把金属液浇入铸型，让金属液自由地充满型腔并结晶凝固冷却成为铸件的一种铸造方法。这种工艺所用模具（铸型）就叫重力铸造模（型）。砂型重力铸造又称砂型、砂模。这是一种古老的铸模（型）。有干模和湿模之分。目前仍为世界各国铸造钢、铸铁、铝、铜及其合金和低熔点合金等铸件的主要模具，占世界铸件总产量的90左右。这种铸型是用耐火砂和粘结剂（膨润土之类的耐火泥）混搅均匀后的造型砂和模型、砂箱按一定的工艺制作的，属于型腔模的一种。主要由上砂型、下砂型、型腔、型芯、浇注系统、出气孔等组成。砂箱由铸铁、铝合金等铸造。砂型铸造模可以铸造任何金属和任何尺寸、形状的铸件，成本低，适应面广，工艺简单，但铸件的精度和表面粗糙度较差。铸造工艺及工装设计的一般步骤： 对零件图纸进行审查和进行铸造工艺性分析； 选择铸造方法； 确定铸造工艺方案； 绘制铸造工艺图； 绘制铸件图； 填写铸造工艺卡和绘制铸型装备图； 绘制各种铸造工艺装备图纸。2.2.2浇注位置和分型面的确定 铸件浇注位置要符合于铸件的凝固方式，保证铸型的充填【2】【3】：（1）一般情况下铸件浇注位置的上面比下面铸造缺陷多，所以应将铸件的重要加工面或主要受力使用面等要求较高的部位放到下面。（2）浇注位置的的选择应有利于铸型的充填和型腔中气体的排除。（3）当铸件壁厚不均，需要补缩时，应从凝固的原则出发，将厚大部分放到上面或侧面，以便于冒口和冷铁。（4）确定浇注位置时应尽量减少砂芯的数量。分型面的确定原则： （1）为了起模方面，分型面一般选取在铸件的最大截面上，但不要使模具在一箱内过高。（2）尽量将铸件的重要加工面或大部分加工面和加工基准放到同一个砂箱中，而且尽可能的放在下箱。以保证铸件尺寸的精确，减少铸件的飞边毛刺。（3）通常只允许有一个分型面，而且尽量不用活块，而用砂芯代替。（4）为了便于生产操作，减少制造工艺装备的费用，分型面应尽量采用平直面。（5）分型面的选择应尽量减少砂芯的数目。 （6）分型面的确定尽可能考虑到内浇口的引入位置，并使合箱 后与浇注位置一致，以避免合箱后再翻动铸型。依上述原则，确定分型面如图2.2所示。图2.2 曲轴模样分型面2.2.3沙箱中铸件数目的确定一箱中的铸件数目，应该是在保证铸件质量的前提下越多越好【2】【3】。可以根据所设计铸件尺寸的考虑浇注系统的位置和必要的吃砂量，大致确定砂箱中铸件的数目。本设计确定每箱铸件数为四个。2.2.4铸造收缩率 铸造收缩率K=(L-L)/L100% (式2-1)【2】式中： L-模样尺寸； L-铸件尺寸。 铸件的收缩规律如下：1. 冷却凝固时，包紧成型零件，并受这些零件的阻碍，收缩率就比较小；2. 薄壁铸件的收缩量比厚壁铸件小；3. 大铸件的收缩百分率比小铸件的收缩百分率小；4. 压铸成形后，留模时间愈长，收缩量愈小；5. 形状复杂的铸件比简单铸件收缩量小；6. 同一铸件的不同尺寸部位，各处于上不同的情况时，各自的收缩率有可能不相同；7. 铸件的收缩是在实体上产生的，故在空档部位上，有时它的实际收缩可能使该部位的尺寸变大。此外，铸件的收缩可能与工艺因素，操作方面（如分型面的清理、涂料涂层的厚薄）有关。铸件冷却后，因为合金的线收缩会使铸件尺寸变得比模样小一点，所以制造模样时其尺寸要比铸件放大一些。放大的比例主要根据铸件在实际条件下的线收缩率，即铸件线收缩率来确定。铸造收缩率主要和铸造合金的种类及成分有关，同时也取决于铸件在收缩时受到阻碍的大小。表2.1为铸造时几种合金铸件的线收缩率。本设计工艺参数中铸造收缩率取1%。表2.1 铸造时几种合金铸件的线收缩率合金种类铸件线收缩率自由收缩变阻收缩灰铸铁中小型铸件0.91.10.81.0中大型铸件0.81.00.70.9特大型铸件0.70.90.60.8球墨铸铁0.91.10.60.8碳钢和低合金钢1.62.01.31.7锡青铜1.41.2硅黄铜2.02.21.61.7铝硅合金1.01.20.81.02.2.5机械加工余量机械加工余量是指在铸件加工表面上留出的、准备用机械加工方法切去的金属层的厚度。目的是获得精确的尺寸和光洁的表面，以符合设计的要求。过大的加工余量会增加金属材料的消耗和机械加工工作量，而且会使铸件加工后的表面质量下降。因此应尽量使铸件做到不加工或少加工。但机械加工余量也不能太小，这是因为铸件存在变形和表面缺陷，这要靠加工余量来弥补，另外过小的加工余量将会影响机加工时刀具的寿命。通过查表2.2、表2.3、表2.4、表2.5，本设计中加工余量取2.5mm。表2.2毛坯铸件典型的机械加工余量等级方法要求的机械加工余量等级铸件材料铜灰铸铁球墨铸铁可锻造铁铜合金锌合金轻金属合金镍基合金钴基合金砂型铸造手工造型GKFHFHFHFHFHFHGKGK砂型铸造机械造型和壳型EOEOEOEOEOEOEOFHFH金属型（重力铸造和非重力铸造）DFDFDFDFDFDF压力铸造BDBDBD熔模铸造EEEEEEE表2.3大批量生产的毛坯铸件的公差等级方法公差等级CT铸件材料铜灰铸铁球墨铸铁可锻造铁铜合金锌合金轻金属合金镍基合金钴基合金砂型铸造手工造型11141114111411141013101391211141114砂型铸造机械造型和壳型81281281281281081079812812金属型（重力铸造和非重力铸造）8108108108107979压力铸造684647熔模铸造水玻璃79797958587979硅溶胶46464646464646表2.4铸件尺寸公差毛坯铸件基本尺寸铸件尺寸公差等级CT大于至1234567891010151015250.090.10.110.130.140.150.180.20.220.260.280.30.360.380.420.520.540.580.740.780.8211.11.21.51.61.722.22.425406340631000.120.130.140.170.180.20.240.250.280.320.360.40.480.50.560.640.70.780.911.11.31.41.61.822.22.52.83.21001600.150.220.30.440.620.881.21.82.53.61602502504000.240.340.40.50.560.720.7811.11.41.622.22.83.244.44006301000630100016000.640.720.80.911.11.21.41.61.822.22.62.83.23.644.6567表2.5要求的铸件机械加工余量(RMA)最大尺寸要求的机械加工余量大于至ABCDEFGHJK406310015025040063010004063100150250400630100016000.10.10.20.30.30.40.50.60.70.10.20.30.40.50.70.80.910.20.30.40.50.70.91.11.21.40.30.30.50.811.31.51.820.40.40.71.11.41.42.22.52.80.50.511.522.533.540.50.71.42.22.83.5455.50.71234567811.42.845.57910111.42468101214162.2.6拔模斜度铸造斜度的种类 铸造斜度分为正斜度、负斜度和正、负斜度。 正斜度以零件的壁厚为起点向分型面方向逐渐增大零件壁厚，适用于壁薄和受力零件以及高度不大的零件。通常采用此种形式。负斜度以零件壁厚为起点向着背离分型面的方向逐渐减少零件的壁厚，适用于厚壁零件盒高度不大的零件。较少应用。正、负斜度以零件壁的中部为基点，向着分型面方向逐渐增大壁厚、向着背离分型面的方向逐渐减少零件壁厚，适用于壁较高的零件。本次设计采用的是正斜度。起模斜度数值的选择（1）起模斜度数值的选取角度按标准角度选取，见表2.6。表2.6起模斜度优先选用030123510其次选用0150451302304689（2） 待加工表面起模斜度的选取分两种情况进行选取：对于单件小批生产的铸件，较高的面一般取12，而较低的面取23；对于大批量生产的铸件，一般采用流水自动线加工，对铸件尺寸精度要求较高，要求加工余量较小且比较均匀，因此较高的面一般取0301，而较低的面取12。（3） 非加工面起模斜度应小于或等于产品图要求的起模斜度数值。铸件内形与外形的斜度应尽可能一致，以保证铸件壁厚的均匀性。综上所述，本次设计拔模斜度为2。2.2.7浇注系统浇注系统设计的环节是直接影响铸件的质量的重要环节，浇注系统的作用是控制金属液填充型腔的速度和填充型腔的时间，使金属液平稳地进入铸模型腔，同时阻止熔渣及其他杂质进入型腔，尽可能减少金属液的二次氧化。浇注系统位置的选择法则【3】：（1） 从铸件薄壁处引入。适用于壁薄而轮廓尺寸大的铸件；（2） 从铸件厚壁处引入。这是一种使铸件顺序凝固、有利于补缩铸件、达到消除缩孔、获得精密铸件的方法；（3） 浇注系统的位置选择，应该使金属液在型腔内的流动路径尽可能短，避免因浇道过长、金属液的温度降得过低而造成浇不到的现象。浇注系统应满足以下要求【3】：（1） 足够的浇注速度，金属液流动平稳，在规定时间内充满型腔；（2） 防止冲砂，避免铸件出现夹砂等缺陷；（3） 防止熔渣和其他杂质进入型腔，避免金属液过度氧化；（4） 内浇道的位置和数量满足铸件凝固和补缩原则；（5） 浇注系统结构合理、简单，消耗金属少。常用铸模浇注系统是由浇口杯、直浇道、浇口窝、横浇道、内浇道等部分组成。（1）浇口杯浇口杯的作用是承接金属液，并将其导入直浇道。浇口杯分为漏斗形和盆形两大类：一类供中、小型铸铁件和非铁合金铸件使用；一类供铸钢件使用。（2）直浇道图2.3 直浇口棒直浇道的作用是将浇口杯中的金属液引入到横浇道、建立起足够的压力头、使金属液在重力的作用下克服流动阻力及时充满型腔。直浇道一般做成上大下小的圆锥形（锥度取1：50），但此次铸模设计为了保护砂型和方便起模，直浇道做成上小下大。直浇道尽可能设在横浇道、内浇道中心，使金属液流程最短、流量分配均匀。直浇道要有最小高度，以建立起足够的压力头，使金属液能充满离直浇道最远的铸件的最高部位，以保证铸件轮廓清晰，避免浇不到。直浇道高度通常与上型高度相等，上型高度是否足够，要用剩余压力头来检查，剩余压力头要满足压力角的要求【2】。 （式2-2）【2】其中 剩余压力头（）； L金属液的水平流程，即铸件最高最远点至直浇道中心的水平投影距离（）； 压力角，查（参考文献1表1.1）确定。根据装配图得，L=1248；查表得=7；则=12487=153。根据实践得出【2】：小型铸件直浇道高出铸件浇注位置最高点150200，中、大型铸件高出200500，有利于防止侵入性气孔，也有利于金属液过滤。所以综合考虑，本次设计直浇道的高度为220。（3） 浇口窝图2.4 浇口窝座 浇口窝对来自直浇道的金属液有缓冲作用，能缩短直、横浇道拐角处的紊流区，改善横浇道内的压力分布，有利于内浇道的分配。比较合适的尺寸是：浇口窝直径为直浇道下端直径的1.22倍，比横浇道宽，高度为横浇道的2倍。浇口窝与直浇道和横浇道的过渡区避免有尖角砂。浇口窝底部宜放干砂芯或耐火砖块，以防冲砂。（4） 横浇道图2.5 横浇道横浇道的作用除了将金属液引入内浇道外，还有一个重要的作用是捕渣。对于封闭式浇注系统，要求横浇道的横截面做成窄而高的高梯形，它的高度应为内浇道高度的46倍，以使内浇道的吸动作用达不到横浇道的顶面，避免将浮渣吸入铸件，横浇道的末端距最后一道内浇道的距离应不小于75，以避开内浇道对浮渣的吸动，使聚结在末端的杂质不往回返流。（5） 内浇道内浇道的作用是控制金属液流入型腔的速度和方向，调节铸件的温度场。除此之外，内浇道还应协助横浇道捕渣。封闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部，且与横浇道具有同一底平面。最初进入横浇道的污冷金属液靠惯性流过内浇道，集结于末端延长段或集渣包，而不进入型腔。内浇道应做成扁平梯形横截面，以降低其吸动区，便于横浇道捕获和清除熔渣。与直浇道相邻的第一道内浇道与直浇道的距离应大于横浇道高度的5倍，以避开紊流区，使熔渣有条件漂升到超过内浇道的吸动区。内浇道位置设置原则【3】：1） 对凝固体收缩率大的合金铸件，如铸钢件、铝合金铸件、无锡青铜铸件和黄铜铸件内浇道的位置设置要按顺序凝固原则；2） 对凝固收缩率小的合金铸件，如铸铁件、锡青铜铸件内浇道的位置设置按同时凝固原则；3） 内浇道不应设置在靠近有芯撑或有冷铁的部位。即使需要设置在有冷铁的部位，也需要增加冷铁的厚度；4） 内浇道应有利于平稳、快速充型和排气、排渣，不严重冲刷砂型和砂芯，能尽量缩短金属液在型腔中的流程；5） 内浇道尽可能设置在分型面上；6） 尽可能避免在铸件的受力面或加工面上设置内浇道，以防止出现偏析、晶粒粗大、硬度降低等缺陷。2.2.8冒口和冷铁图2.6 冒口冒口的作用是在铸件冷却凝固期间进行补缩，用冒口中的液体金属来不断的补偿铸件在冷却凝固时的体积收缩，达到防止铸件缩孔、缩松的目的。冒口的设计应符合铸件顺序凝固的原则【3】。冒口的位置应根据铸件产生缩孔的位置来设置，凡是要产生缩孔的位置应设立冒口，并设法使远离冒口的位置先凝固，然后逐渐凝固至冒口处，冒口最后凝固，使缩孔移至冒口中。冷铁是为了增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安放的金属块。冷铁分为内冷铁和外冷铁两大类。外冷铁是造型时放在模样表面上的金属激冷块。内冷铁是将金属激冷物直接插入需要激冷部分的型腔中，浇注后该激冷物对金属液产生激冷并同金属熔接在一起，最终成为铸件的组成部分。这种激冷物称为“内冷铁”。冷铁的作用【3】：（1） 在冒口难以补缩的部位防止缩孔、缩松。（2） 防止壁厚交叉部位及极剧变化部位产生裂纹。（3） 与冒口配合使用，能加强铸件的顺序凝固条件，扩大冒口补缩距离或范围，减少冒口数目或体积。（4） 用冷铁加速个别热节的冷却，使整个铸件接近于同时凝固，既可防止或减轻铸件变形，又可提高工艺出品率。（5） 改善铸件局部的金相组织和力学性能。如提高铸件表面硬度和耐磨性等。（6） 减轻或防止厚壁铸件中的偏析。冷铁选择的注意事项：（1） 要选用杂质含量低的优质生铁、优质废钢和优质的辅助原材料。（2） 要严格控制化学成分，降低铁液中的硫（w（S）0.01）、锰（w（Mn）0.30）和碳当量（CE4.3）。为了使凝固时既有石墨化膨胀自补缩能力，又避免石墨漂浮、球墨畸变，取w（C）3.43.6、w（Si）2.02.2、w（P）0.04为宜。（3） 采用长效孕育剂和强化剂处理铁液，控制铁液残留镁w（Mg）0.06、残留稀土w（RE）0.03，并在13201380之间浇注。2.2.9出气孔出气孔的作用除了排出型腔的空气和气体之外，还可以减小砂型充型时的动压力，加快金属液的冷却，以及便于观察型腔的充满程度。出气孔应设置在铸件浇注位置的最高点和气体最后聚集处。本次设计采用机器造型，所以要在生产线上安排扎出气孔的工序。第三章 铸模的结构方案规划凡用于铸型制造过程中的各类模具、砂箱以及工、卡、量具统称为铸造工艺装备。铸造工艺装备的主要功能，在于与工艺设备紧密结合，以充分发挥工艺设备的技术性能，从而有效地进行工艺操作；同时，通过采用具有特定技术性能的工艺装备，可以扩大机器造型的应用范围，从而为单件小批量、多品种铸件采用机器造型组织生产创造了必要的技术条件。因此，铸造工艺装备对提高铸造生产效率，发挥工艺设备及生产线的生产能力，保证铸件质量以及改善劳动条件起着重要的作用。铸造工艺装备的具体内容，一般包括在铸造生产过程中，为进行工艺操作，根据工艺规程的要求，相应采用的各类模具、砂箱、附具及工艺检验量具等。砂型铸造工艺装备分为模样、模板、芯盒、砂箱和辅助工艺装备等五部分。铸造工艺装备设计是铸造生产过程的关键技术准备工作之一，是铸造工艺设计的延伸和深化，它将铸件工艺规程所确定的有关方案、内容进一步具体化，以确保铸件如期顺利地投入生产。铸造工艺装备设计的一般原则：（1） 应当在经济合理的前提下，